BR102012011489A2

BR102012011489A2 - Vessel heating method, vessels having confined spaces, and control of air ingress into confined spaces through a nozzle, and vessel heating equipment having a confined space and control of air ingress into the confined space.

Info

Publication number: BR102012011489A2
Application number: BRBR102012011489-5A
Authority: BR
Inventors: Jinghong Wang; Xiaoyi He; Jin Cao; Aleksandar Georgi Slavejkov
Original assignee: Air Prod & Chem
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2012-05-15
Publication date: 2013-06-18
Also published as: CA2776730A1; KR101385328B1; US8945464B2; US20120292833A1; CA2776730C; CN102794444B; TW201247885A; TWI487797B; KR20120129832A; CN102794444A; EP2524747A2

Abstract

MÉTODO PARA AQUECIMENTO DE VASOS, OS VASOS POSSUINDO ESPAÇOS CONFINADOS, E CONTROLE DO INGRESSO DE AR AO INTERIOR DOS ESPAÇOS CONFINADOS ATRAVÉS DE UMA BRECHA, E EQUIPAMENTO PARA AQUECIMENTO DE VASOS POSSUINDO UM ESPAÇO CONFINADO E CONTROLE DO INGRESSO DE AR AO INTERIOR DO ESPAÇO CONFINADO. Um método de aquecimento para vasos de aquecimento, os vasos contendo espaços confinados, e o controle o ingresso de ar ao interior dos espaços confinados através das brechas. O método inclui o fornecimento de uma estrutura de tampa ao vaso possuindo o espaço confinado, a estrutura de tampa posssuindo um conjunto queimador ali montado. o queimador é configurado para fornecer um predeterminado diâmetro de chama. O vasoe estrutura tampa são encaixados de tal modo que a brecha fica formada entre o vaso e a estrutura de tampa. Combustível e oxidante são descarregados a partir do conjunto queimador em condições de fornecer o predeterminado diâmetro de chama e de conferir uma velocidade de chama suficientemente grande para criar um fluxo de gás para fora do espaço confinado através da abertura e controlar o ingresso de ar.METHOD FOR VASE HEATING, VESSELS OWNING CONFINED SPACES, AND CONTROL OF AIR INTAKE WITH CONFINED SPACES, AND EQUIPMENT FOR VASE HEATING WITH A CONFINED SPACE AND CONTROL OF INGRESS OF INPAIR SPACE. A method of heating for heating vessels, vessels containing confined spaces, and controlling the ingress of air into the confined spaces through the gaps. The method includes providing a lid structure to the vessel having the confined space, the lid structure having a burner assembly mounted therein. The burner is configured to provide a predetermined flame diameter. The vessel and lid structure are fitted such that the gap is formed between the vessel and the lid structure. Fuel and oxidizer are discharged from the burner assembly under conditions of providing the predetermined flame diameter and imparting a flame velocity sufficiently large to create a gas flow out of the confined space through the aperture and to control air ingress.

Description

I MÉTODO PARA AQUECIMENTO DE VASOS, OS VASOS POSSUINDO ESPAÇOS CONFINADOS, E CONTROLE DO INGRESSO DE AR AO INTERIOR DOS ESPAÇOS CONFINADOS ATRAVÉS DE UMA BRECHA, E EQUIPAMENTO PARA AQUECIMENTO DE VASOS POSSUINDO UM ESPAÇO 5 CONFINADO E CONTROLE DO INGRESSO DE AR AO INTERIOR DO ESPAÇO CONFINADOI METHOD FOR HEATING VESSELS, YOUR VESSELS WITH CONFINED SPACES, AND CONTROL OF AIR INTAKE WITHIN A BREAK, AND EQUIPMENT FOR WARMING VESSELS WITH A CONFINED SPACE 5 AND CONFINING SPACE OF INGRESS CONFINED

Fundamentos da InvençãoBackground of the Invention

A presente invenção está relacionada diretamente a métodos e sistemas para aquecimento em um espaço confinado. 10 Em particular, a invenção está direcionada a um método e sistema para preaquecimento de panelas de fundição possuindo um espaço confinado para utilização com metal fundido.The present invention is directly related to methods and systems for heating in a confined space. In particular, the invention is directed to a method and system for preheating foundry pans having a confined space for use with molten metal.

Na indústria metalúrgica, panelas revestidas com 15 materiais refratários são comumente utilizadas para transportar ou armazenar metal fundido antes de posterior processamento. As panelas de fundição são aquecidas antes da utilização, tipicamente referido como pré-aquecimento da panela, para minimizar o resfriamento do produto fundido. 20 Normalmente, as panelas de fundição são aquecidas porIn the metallurgical industry, pans coated with 15 refractory materials are commonly used to transport or store molten metal prior to further processing. Casting pans are heated prior to use, typically referred to as pan preheating, to minimize cooling of the molten product. 20 Casting pans are usually heated by

kk

sistemas de combustão através do qual o combustível é queimado para se gerar o calor de combustão no interior da cavidade da panela. Durante sua utilização, a borda da panela fica normalmente recoberta com pedaços de metal _?5 solidificado e outros tipos de escória decorrentes do uso, o que proporciona uma inevitável brecha entre a borda da panela e o rebordo da panela. Essa brecha pode ser substancial, onde a brecha pode se estender até uns poucos centímetros ou mais em certos locais ao redor da borda da 5 panela. Embora seja prática comum utilizar esse espaço como uma abertura de exaustão para os produtos de combustão, pode ocorrer o arraste de ar através da brecha para o interior da cavidade da panela quando a brecha se torna muito grande. 0 ar ambiente mais frio arrastado reduz a 10 eficiência energética do sistema de aquecimento. Ele também aumenta a produção de NOx especialmente quando é usado um método de alta temperatura, tais como de combustão por oxicombustível. Esse arraste do ar frio se torna um problema maior devido ao efeito de flutuação quando a brecha se 15 orienta verticalmente. Algumas patentes da técnica já existente têm tentado superar a perda energética e produção de NOx por selagem do vaso para reduzir a infiltração de ar através da abertura. No entanto, na prática, estes métodos de vedação são difíceis de conseguir e manter porque os 20 pedaços de metal solidificados e outros tipos de escória que recobrem a borda da panela rompem o selo e/ou provocam danos à superfície de vedação no equipamento de aquecimento da panela.combustion systems through which fuel is burned to generate combustion heat within the pan cavity. During use, the pan edge is usually covered with solidified metal pieces and other slag from use, which provides an inevitable gap between the pan edge and the pan rim. This breach can be substantial, where the breach can extend to a few inches or more at certain locations around the edge of the pan. Although it is common practice to use this space as an exhaust vent for combustion products, air may be drawn through the gap into the pan cavity when the gap becomes too large. The cooler entrained ambient air reduces the energy efficiency of the heating system. It also increases NOx production especially when a high temperature method such as combustion by oxyfuel is used. This drag of cold air becomes a major problem due to the fluctuation effect when the gap is oriented vertically. Some prior art patents have attempted to overcome energy loss and NOx production by sealing the vessel to reduce air infiltration through the opening. However, in practice, these sealing methods are difficult to achieve and maintain because the solidified metal pieces and other slag covering the pan edge will break the seal and / or damage the sealing surface of the heating equipment. from the pan.

Vários métodos de selagem do rebordo da panela ou do forno de aquecimento da panela são reivindicados nos pedidos dê Patentes norte americanas U.S. Nos . 1.U 5 /.yU 5; 4.223.873; 4.229.211 (que é uma continuação em parte de 4.223.873); 4.386.907; 4.364.729; e 5.540.752, cada uma das quais são incorporadas por referência na sua totalidade. Na prática, estes métodos de selagem sofrem da desvantagem de 5 que elas são difíceis de conseguir porque o rebordo da panela fica normalmente recoberto com pedaços de metal solidificados e outros tipos de escória que perturbam a vedação e/ou causam danos na superfície de vedação no equipamento de aquecimento da panela.Various methods of sealing the pan rim or the pan heater are claimed in U.S. Pat. 1.U 5 /.yU 5; 4,223,873; 4,229,211 (which is in part a continuation of 4,223,873); 4,386,907; 4,364,729; and 5,540,752, each of which are incorporated by reference in their entirety. In practice, these sealing methods suffer from the disadvantage that they are difficult to achieve because the pan rim is usually covered with solidified metal pieces and other types of slag that disturb the sealing and / or cause damage to the sealing surface in the pan. pan heating equipment.

Historicamente, a combustão ar-combustível é daHistorically, air-fuel combustion is the

tecnologia convencional usada em quase todos os processos de aquecimento industriais. Em geral, é mais fácil manter a pressão positiva e minimizar a perda de ar na combustão arcombustível devido ao volume muito maior dos gases de 15 exaustão, em comparação com a combustão por oxicombustível. Todavia, a combustão ar-combustível é geralmente ineficaz sem métodos de recuperação de calor. Para melhorar a eficiência energética, a combustão arcombustível recuperativa ou regenerativa tem sido 20 amplamente adaptada em diversos fornos de fusão. As Patentes norte americanas U.S. Nos. 1.057.905; 4.223.873; 4.22 9.211; 4.38 6.907; 4.364.72 9; 4.359.209; 4.718.64 3, Patente Coreana KR2000004271A, e na Patente Belga BE901913A, cada uma das quais é aqui incorporada por 25 referência na sua totalidade, descrevem o uso do sistema de combustão recuperativo õü regenerativo dê ar-combustível para o pré-aquecimento da panela. No entanto, estes sistemas de recuperação ou regeneração de combustão arcombustível são complicados, caros e geralmente requerem manutenção freqüente.Conventional technology used in almost all industrial heating processes. In general, it is easier to maintain positive pressure and minimize air loss in fuel combustion due to the much larger volume of exhaust gases compared to oxyfuel combustion. However, air-fuel combustion is generally ineffective without heat recovery methods. To improve energy efficiency, regenerative or regenerative fuel combustion has been widely adapted in various melting furnaces. U.S. Patent Nos. 1,057,905; 4,223,873; 4.22 9,211; 4.38 6,907; 4,364,729; 4,359,209; No. 4,718,664 3, Korean Patent KR2000004271A, and Belgian Patent BE901913A, each of which is incorporated herein by reference in their entirety, describes the use of the regenerative combustion air fuel combustion system for preheating the pan . However, these fuel combustion recovery or regeneration systems are complicated, expensive and often require frequent maintenance.

A Patente norte americana U.S. No. 1.057.905U.S. Patent No. 1,057,905

apresenta um equipamento para a secagem e aquecimento da panela usando a combustão ar-combustível. Para selar o rebordo da panela e pré-aquecer o ar de combustão, o método divulgado na Patente norte americana U.S. No. 1.057.905 10 inverte a panela e coloca a panela sobre o forno. Ao fazer isso, o gás de combustão é impedido de escapar e nenhum ar ambiente é arrastado a partir do rebordo da panela. Os inconvenientes da Patente norte americana U.S. No. 1.057.905 incluem o seguinte: (I) A panela devem ser 15 invertida, que é uma postura inaceitável para grandes panelas de fundição em aciarias; (2) Durante a operação, fica difícil manter limpo o rebordo da panela ou tornar uniformemente distribuída o metal solidificado e a escória ao longo do rebordo. Estas limitações tornam difícil 20 garantir a conexão vedante quando da colocação em contato do rebordo áspero da panela com o forno.presents an equipment for drying and heating the pan using air-fuel combustion. To seal the pan rim and preheat the combustion air, the method disclosed in U.S. Patent No. 1,057,905 10 inverts the pan and places the pan over the oven. By doing so, the flue gas is prevented from escaping and no ambient air is drawn from the pan rim. The drawbacks of U.S. Patent No. 1,057,905 include the following: (I) The pan must be inverted, which is an unacceptable stance for large melt pans; (2) During operation, it is difficult to keep the rim of the pan clean or to make the solidified metal and slag evenly distributed along the rim. These limitations make it difficult to secure the sealing connection when contacting the rough edge of the pan with the oven.

Patente norte americana U.S. No. 4.223.873 divulga um método e equipamento recuperativo de panela de fundição por chama ar-combustível. Para prevenir excessiva fuga entre o interior da panela e a atmosfera externa, um selo circular compreendendo materiais dê compactação possuindo fibras cerâmicas é acrescentado entre o rebordo da panela e a abertura do revestimento do sistema trocador de calor. Esse método utiliza material adicional e não impede a acumulação de material ao longo da borda da panela, 5 possuindo assim uso limitado na vedação da panela.U.S. Patent No. 4,223,873 discloses a method and equipment for recovering air-fuel flame casting pan. To prevent excessive leakage between the interior of the pan and the outside atmosphere, a circular seal comprising compacting materials having ceramic fibers is added between the pan rim and the opening of the heat exchanger coating. This method uses additional material and does not prevent material accumulation along the edge of the pan, thus having limited use in sealing the pan.

A Patente norte americana U.S. No. 4.229.211 divulga uma panela aquecida por uma chama direta de arcombustível. Uma vedação é aplicada ao rebordo da panela e que direciona o ar através de um trocador de calor e a 10 panela, misturando o combustível com o ar e queimando a mistura e direcionando a chama para a câmara da panela, e expelindo os gases de combustível da câmara da panela de volta através do trocador de calor. O selo aplicado ao rebordo da panela compreende uma rede de módulos de fibras 15 refratárias montadas num plano comum. Cada módulo compreende um bloco retangular formado de uma malha de fibras refratárias em um arranjo dobrado do tipo sanfona, e os módulos são montados com suas bordas dobradas expostas, e com as dobras de cada módulo se estendendo em ângulos 20 retos relativamente às dobras dos módulos adjacentes. O método da Patente norte americana U.S. No. 4.229.211 sofre da desvantagem de que ele não pode ser adequadamente utilizado em muitos casos, sem a limpeza do rebordo da panela para remover metal solidificado e escórias, e a 25 parede térmica precisa ser frequentemente revestida devido aos danos à forração compressível da montagem de vedação do aquecedor pelo encaixe com o rebordo áspero da panela.U.S. Patent No. 4,229,211 discloses a pan heated by a direct fuel flame. A seal is applied to the pan rim that directs the air through a heat exchanger and the pan, mixing the fuel with the air and burning the mixture and directing the flame into the pan chamber and expelling the fuel gases. the pan chamber back through the heat exchanger. The seal applied to the pan rim comprises a network of refractory fiber modules 15 mounted in a common plane. Each module comprises a rectangular block formed of a refractory fiber mesh in a concertina fold arrangement, and the modules are mounted with their exposed folded edges, and with the folds of each module extending at right angles to the folds of the modules. adjacent. US Pat. No. 4,229,211 suffers from the disadvantage that it cannot be properly used in many cases without cleaning the pan rim to remove solidified metal and slag, and the thermal wall often needs to be coated. due to damage to the compressible liner of the heater seal assembly by engaging with the rough edge of the pan.

A Patente norte americana U.S. No. 4.386.907 descreve um meio de vedação para o pré-aquecimento a panela com a abertura da haste rolha. 0 método da Patente norte 5 americana U.S. No. 4.386.907 sofre da desvantagem de que ele requer materiais adicionais e as estruturas de vedação não impedem a acumulação do material ao longo da borda da panela, possuindo assim utilidade limitada na vedação da panela.U.S. Patent No. 4,386,907 describes a sealing means for preheating the pan with the stopper stem opening. U.S. Patent No. 4,386,907 suffers from the disadvantage that it requires additional materials and sealing structures do not prevent material accumulation along the edge of the pan, thus having limited utility in sealing the pan.

A Patente norte americana U.S. No. 4.364.729 revelaU.S. Patent No. 4,364,729 discloses

um sistema de aquecimento da panela com uma vedação ao ar e proteção contra o calor. A panela é aquecida por uma chama direta, através da aplicação de uma tampa para o rebordo da panela e direcionamento de uma corrente de ar através do 15 trocador de calor e através da tampa para a panela, mistura do combustível com o ar e ignição da mistura e direcionamento da chama para o interior da câmara da panela, e exaustão dos gases de combustão provenientes da câmara da panela através da tampa e do trocador térmico. 20 Uma proteção térmica é montada adjacente à tampa sendo dimensionada e configurada para telescopicamente receber o rebordo da panela, e um anel de ar ser movimentado entre a proteção térmica e o rebordo da panela até um anel de captação do ar. 0 anel de ar bloqueia os gases que escapam 25 provenientes do interior da panela através de quaisquer aberturas entre o rebordo da panela e a tampa, a proteção térmica bloqueia a radiação de calor proveniente de quaisquer de tais aberturas. A Patente U.S. No. 4.364.729 sofre da desvantagem de que o processo requer uma proteção de ar para evitar o escape dos gases, mas não impede o ingresso de ar para o interior da panela.a pan heating system with an air seal and heat protection. The pan is heated by a direct flame by applying a lid to the pan rim and directing an air stream through the heat exchanger and through the pan lid, mixing fuel with air and igniting the pan. mixing and directing the flame into the pan chamber, and exhaust gas from the pan chamber through the lid and heat exchanger. A heat shield is mounted adjacent to the lid being sized and configured to telescopically receive the pan rim, and an air ring is moved between the heat shield and the pan rim to an air pickup ring. The air ring blocks exhaust gases 25 from inside the pan through any openings between the rim of the pan and the lid, the heat shield blocks heat radiation from any such openings. U.S. Patent No. 4,364,729 suffers from the disadvantage that the process requires air shielding to prevent gas from escaping but does not prevent air from entering the pan.

A Patente norte americana U.S. No. 5.540.752 revela um processo e um equipamento para recuperação de um metal não-ferroso em forma fundida compatível a partir de sucata e rejeitos. A sucata e os rejeitos são introduzidos através 10 de um forno rotativo selável. Um meio de vedação do forno é descrito para excluir o vazamento de ar ambiente para o forno rotativo. A Patente norte americana U.S. No. 5.540.752 revela uma estrutura de vedação que não impede a acumulação de material sobre a borda da panela, limitando 15 assim a utilização em selar a panela.U.S. Patent No. 5,540,752 discloses a process and equipment for recovering a non-ferrous metal in molten form compatible from scrap and tailings. Scrap and tailings are introduced through a sealable rotary kiln. A furnace sealing means is described to exclude ambient air leakage to the rotary kiln. U.S. Patent No. 5,540,752 discloses a sealing structure that does not prevent material from accumulating on the pan edge, thereby limiting the use of sealing the pan.

A Patente norte americana U.S. No. 2.294.168, que é aqui incorporada por referência na sua totalidade, descreve um tipo especial de queimador de gás, concebido para o aquecimento das superfícies internas de vasos de seção 20 transversal circular, em particular, de vasos tais como panelas de metal quente. O referido queimador de gás compreende um conduto de ar que se estende para o interior do vaso e um tubo de alimentação de gás dentro do conduto. A ponta do referido queimador inclui uma abertura Venturi 25 para dirigir os produtos de combustão quentes para cima em torno dõ conduto cfê ãr para pré-aquecer õ ãr fornecido através do conduto de ar. A forma de abertura Venturi da ponta do queimador cria diferenciais de pressão no vaso para turbilhonar uniformemente os produtos quentes da combustão contra as paredes do vaso a ser aquecido. A 5 Patente norte americana U.S. No. 2.294.168 sofre da desvantagem de que as estruturas do queimador se estendem para o interior do vaso criando uma maior exposição aos componentes, e aumentando desse modo os custos de manutenção e/ou custos de material com respeito ao 10 queimador.U.S. Patent No. 2,294,168, which is incorporated herein by reference in its entirety, describes a special type of gas burner designed for heating the inner surfaces of vessels of circular cross-section, in particular vessels. such as hot metal cookware. Said gas burner comprises an air duct extending into the vessel and a gas supply tube within the duct. The tip of said burner includes a Venturi aperture 25 for directing the hot combustion products around the duct to preheat provided through the air duct. The venturi opening shape of the burner tip creates pressure differentials in the vessel to evenly swirl hot combustion products against the walls of the vessel to be heated. U.S. Patent No. 2,294,168 suffers from the disadvantage that burner structures extend into the vessel creating greater exposure to components, thereby increasing maintenance costs and / or material costs with respect at 10 burner.

A Patente norte americana U.S. No. 4.359.209 descreve um equipamento e método de preaquecimento da panela que utiliza recuperação, mas que elimina totalmente a necessidade de criar qualquer vedação entre o rebordo da 15 panela e a tampa panela. O referido método de preaquecimento da panela compreende um revestimento externo que define uma abertura para o recebimento dos produtos de combustão provenientes da panela. A abertura está dimensionada de modo a formar um espaço de diluição de ar 20 no entorno da panela o que permite que o ar ambiente seja puxado nas cercanias e a mistura com os produtos da combustão. A Patente 4.359.209 sofre dos inconvenientes que o ar ambiente é puxado para dentro da área de combustão que circunda completamente ou parcialmente as cercanias da 25 panela. Os meios de vedação do espaço de ar são para prevenir os produtos de combustão de serem exaustados para o ambiente; todavia, o ar ambiente pode ser puxado para dentro da panela e reduzir a temperatura de chama e potencialmente aumentar a produção de NOx.U.S. Patent No. 4,359,209 describes a pan preheating apparatus and method that utilizes recovery but completely eliminates the need to create any seal between the pan rim and the pan lid. Said pan preheating method comprises an outer casing defining an opening for receiving combustion products from the pan. The opening is sized to form an air dilution space 20 around the pan allowing ambient air to be drawn in the surroundings and mixing with the combustion products. Patent 4,359,209 suffers from the drawbacks that ambient air is drawn into the combustion area which completely or partially surrounds the pan surrounds. The airspace sealing means is to prevent combustion products from being exhausted into the environment; however, ambient air can be drawn into the pan and reduce the flame temperature and potentially increase NOx production.

A Patente norte americana U.S. No. 3.412.986, que é aqui incorporada por referência na sua totalidade, descreve um queimador oxi-combustivel de ponta dupla que é pretendido especialmente para aquecimento de panelas de fundição (panelas torpedo) que são usadas em trabalhos com ferro e aço para transportar metal fundido de um alto-forno para outro local. 0 referido queimador é utilizado para pré-aquecer a panela ou impedir o resfriamento da panela entre as sucessivas cargas de metal. 0 queimador é disponibilizado à panela e tem orifícios em direções opostas para a produção de chamas longas e para projeção delas em direções opostas. 0 queimador é construído com camisas de refrigeração por água que se estendem até as extremidades das pontas tal que o queimador pode suportar as altas temperaturas dentro da panela. 0 referido queimador inclui dois tubos concêntricos. 0 tubo interno é para o combustível e o externo é para o oxigênio. Nas pontas do queimador, o combustível é introduzido na panela através de um tubo. 0 fluxo de oxigênio é introduzido na panela através de múltiplos orifícios que são distribuídos anularmente ao longo do tubo central de combustível. A Patente 3.412.98 6 sofre da desvantagem de que o queimadorU.S. Patent No. 3,412,986, which is incorporated herein by reference in its entirety, describes a double-ended oxy-fuel burner that is especially intended for heating torpedo pans that are used in work with iron and steel to transport molten metal from one blast furnace to another location. Said burner is used to preheat the pan or to prevent the pan from cooling between successive metal loads. The burner is provided to the pan and has holes in opposite directions for producing long flames and projecting them in opposite directions. The burner is constructed with water-cooled liners extending to the ends of the tips such that the burner can withstand the high temperatures within the pan. Said burner includes two concentric tubes. The inner tube is for fuel and the outer tube is for oxygen. At the tips of the burner, fuel is introduced into the pan through a pipe. Oxygen flow is introduced into the pan through multiple orifices that are distributed annularly along the central fuel pipe. Patent 3,412,998 suffers from the disadvantage that the burner

incluí estruturas significativas que se estendem para dentro do vaso, aumentando assim os custos de manutenção e/ou custos de material com respeito ao queimador.include significant structures that extend into the vessel, thereby increasing maintenance costs and / or material costs with respect to the burner.

A Patente norte americana U.S. No. 4.718.643, que é aqui incorporada por referência na sua totalidade, descreve um método e equipamento para o rápido pré-aquecimento da panela a altas temperaturas utilizando um ciclo de aquecimento otimizado mediante envolver oxigênio e ar de combustão preaquecido pela recuperação no processo de queima de combustível. O fluxo controlado de oxigênio direcionado para o processo é utilizado para aumentar a entrada de calor durante a fase inicial de preaquecimento e para garantir eficiência do sistema durante a fase de encharcamento do preaquecimento da panela. A revelada tampa de panela compreende um anel refratário parcialmente aberto para colocar em contato uma porção de um rebordo da panela possuindo uma significativa saliência provocada por uma acumulação local de metal ou escória solidificado. A chama do queimador situado na tampa da panela transfere calor para o interior da panela e os gases de exaustão são descarregados da panela para dentro de uma porta de exaustão. Como a panela está parcialmente selada, algum ar ambiente é puxado para dentro da porta de exaustão ao redor da borda da panela. O influxo do ar ambiente cria um selo efetivo da panela, o que impede um efeito chaminé que pode puxar gases quentes para fora da panela se a panela não estiver posicionada muito proximamente cTã tampa dã panela. Portanto, a Patente norte americana U.S. No. 4.718.643 sofre da desvantagem de que, como a panela está parcialmente selada, o ar ambiente externo é sugado através da abertura para o interior da panela, reduzindo a temperatura da chama e potencialmente aumentando a produção de NOx.U.S. Patent No. 4,718,643, which is hereby incorporated by reference in its entirety, describes a method and equipment for the rapid preheating of the pan at high temperatures using an optimized heating cycle involving oxygen and combustion air. preheated by the recovery in the fuel burning process. Process-directed controlled oxygen flow is used to increase heat input during the initial preheat phase and to ensure system efficiency during the pan preheat soaking phase. The disclosed pan lid comprises a partially open refractory ring for contacting a portion of a pan rim having a significant protrusion caused by a local accumulation of solidified metal or slag. The burner flame on the pan lid transfers heat into the pan and the exhaust gases are discharged from the pan into an exhaust port. Because the pan is partially sealed, some ambient air is drawn into the exhaust port around the edge of the pan. Influx of ambient air creates an effective pan seal, which prevents a chimney effect that can pull hot gases out of the pan if the pan is not positioned too close to the pan lid. Therefore, US Patent No. 4,718,643 suffers from the disadvantage that, as the pan is partially sealed, external ambient air is drawn through the opening into the pan, reducing the flame temperature and potentially increasing the throughput. from NOx.

A Patente Coreana No. KR20040056882, que é aqui incorporada por referência na sua totalidade, descreve um queimador de bocal multifuro para o aquecimento de uma panela que é fornecido para reduzir as emissões de NOx e economizar combustível, reduzindo o tempo de aquecimento. 0 queimador de bocal multifuro está instalado no centro de uma tampa superior de panela, e tem uma estrutura em forma de anel triplo, que inclui um bocal de ar para ignição possuindo jato único, bocais de combustível circundando o bocal de ar para ignição e possuindo múltiplos jatos, e bocais para ar de combustão abrangendo os bocais de combustível e possuindo múltiplos jatos. 0 sistema de KR20040056882 sofre da desvantagem de que a combustão utiliza apenas combustão por ar-combustível, o que reduz a temperatura da chama e aumenta a produção de NOx.Korean Patent No. KR20040056882, which is hereby incorporated by reference in its entirety, describes a multi-burner burner for heating a pan that is provided to reduce NOx emissions and save fuel by reducing heating time. The multi-nozzle burner is installed in the center of a pan top lid, and has a triple ring-shaped structure that includes a single-jet ignition air nozzle, fuel nozzles surrounding the ignition air nozzle and having multiple jets, and combustion air nozzles comprising the fuel nozzles and having multiple jets. The KR20040056882 system suffers from the disadvantage that combustion uses only air-fuel combustion, which reduces flame temperature and increases NOx production.

A patente coreana No. KR20000042710A revela um queimador regenerativo que PE fornecido para economizar energia. 0 gás de combustão é suficientemente circulado dentro da panela mediante utilizar um queimador do tipoKorean patent No. KR20000042710A discloses a regenerative burner which PE supplied to save energy. The flue gas is sufficiently circulated within the pan using a burner of

bocal misturador de alta velocidade. 0 sistema de Κ20000042710Α sofre da desvantagem de que a combustão apenas utilizar a combustão ar-combustível, o que reduz a temperatura da chama e aumenta a produção de NOx.High speed mixer nozzle. The "20000042710 "system suffers from the disadvantage that combustion only uses air-fuel combustion, which reduces flame temperature and increases NOx production.

A Publicação do Pedido de Patente norte americana U.S. No. US20090220900, que é um pedido divisionário de Patente norte americana U.S. No. 7.549.858, ambas as quais são aqui incorporadas por referência na sua totalidade, descrevem o aquecimento fornecido por um queimador que queima um combustível hidrocarboneto que pode ser fornecido numa seqüência de diferentes taxas de transferência de calor mediante ajuste da concentração de oxigênio total das correntes oxidantes alimentadas ao queimador. No entanto, o impacto do queimador com respeito ao ingresso de ar ao interior do vaso de aquecimento não é considerado pela US20090220900.U.S. Patent Application Publication No. US20090220900, which is a divisional U.S. Patent Application No. 7,549,858, both of which are incorporated herein by reference in their entirety, describe the heating provided by a burning burner. A hydrocarbon fuel that can be supplied in a sequence of different heat transfer rates by adjusting the total oxygen concentration of the oxidant currents fed to the burner. However, the impact of the burner with respect to air ingress into the heating vessel is not considered by US20090220900.

A publicação da Patente Belga No. BE901913A, que é aqui incorporada por referência na sua totalidade, descreve um sistema de aquecimento de panela que envolve o uso de um capô fixo relativamente ao qual as panelas são fixamente 20 posicionadas. O capô fixo é dotado com um queimador em sua seção superior e uma saída de gás de descarte na sua seção inferior. Os gases queimados são circulados na panela a uma velocidade relativamente elevada para assegurar o aquecimento uniforme. 0 calor proveniente dos gases de 25 descarte é recuperado ou por meio de um sistema recuperativo õü cfê um sistema regenerativo que permite ã combustão de ar e possivelmente do gás de combustão a ser preaquecido. A publicação BE901913A sofre da desvantagem de que a entrada de ar não é impedida, o que reduz a temperatura da chama e aumenta a produção de NOx.Belgian Patent Publication No. BE901913A, which is incorporated herein by reference in its entirety, describes a pan heating system which involves the use of a fixed hood to which the pans are fixedly positioned. The fixed hood is equipped with a burner in its upper section and a waste gas outlet in its lower section. Burnt gases are circulated in the pan at a relatively high speed to ensure uniform heating. The heat from the waste gases is recovered either by means of a recuperative system or a regenerative system which allows the combustion of air and possibly the combustion gas to be preheated. Publication BE901913A suffers from the disadvantage that air intake is not impeded, which reduces flame temperature and increases NOx production.

Combustão sem chama é uma tecnologia de combustãoFlameless combustion is a combustion technology

em que os reagentes para a combustão são altamente diluídos antes de serem misturados e reagidos. A combustão sem chama é tipicamente utilizada quando é desejado controle de NOx. Os reagentes são geralmente diluídos através do arraste dos 10 produtos da combustão antes de ocorrer a combustão. Este modo de combustão ocorre tipicamente quando o gás oxidante é diluído a um nível inferior a 17% de oxigênio, em que a frente de chama desaparece e o combustível oxida de uma forma sem chama. A chave para esta tecnologia é a 15 manutenção da temperatura do forno acima da temperatura de autoignição do combustível ou a utilização de um estabilizador de chama altamente robusto. Este tipo de combustão é geralmente caracterizado pela alta impulsão de jato e grande volume de combustão. A combustão sem chama 20 pode, alternativamente, ser referida como combustão espaçosa ou distribuída.wherein the combustion reagents are highly diluted before mixing and reacting. Flameless combustion is typically used when NOx control is desired. Reagents are generally diluted by dragging the combustion products before combustion occurs. This mode of combustion typically occurs when the oxidizing gas is diluted to below 17% oxygen, where the flame front disappears and the fuel oxidizes in a flameless manner. The key to this technology is maintaining the furnace temperature above the fuel self-ignition temperature or using a highly robust flame stabilizer. This type of combustion is generally characterized by high jet thrust and large combustion volume. Flameless combustion 20 may alternatively be referred to as spacious or distributed combustion.

Existe uma necessidade nas indústrias metalúrgicas quanto a métodos e sistemas de aquecimento para espaços confinados, tais como panela e forno de aquecimento que reduza ou elimine o ingresso de ar. Estas necessidades são vislumbradas pelas modalidades dã presente invenção como descrito abaixo e definido pelas reivindicações que se seguem.There is a need in the metallurgical industries for confined space heating methods and systems, such as a pan and heating furnace that reduce or eliminate air ingress. These needs are met by the embodiments of the present invention as described below and defined by the following claims.

Breve Sumário da Invenção Um aspecto da presente divulgação inclui um método para aquecimento de vasos, os vasos possuindo espaços confinados em seu interior e o controle do ingresso de ar ao interior dos espaços confinados através de uma abertura. 0 método inclui o fornecimento de uma estrutura de tampa para o vaso que possui o espaço confinado, a estrutura de tampa possuindo um conjunto queimador montado nele. O conjunto queimador é configurado para fornecer um predeterminado diâmetro de chama. Embora qualquer diâmetro adequado de chama possa ser empregado e dependerá do tamanho dos vasos de aquecimento, exemplos de adequados diâmetros de chama são menores ou iguais a 50,8 cm (20 polegadas), preferivelmente entre 20,3 cm e 25,4 cm (8 e 10 polegadas).BRIEF SUMMARY OF THE INVENTION One aspect of the present disclosure includes a method for heating vessels, vessels having confined spaces within them, and controlling air ingress into confined spaces through an opening. The method includes providing a lid structure for the vessel having the confined space, the lid structure having a burner assembly mounted thereon. The burner assembly is configured to provide a predetermined flame diameter. While any suitable flame diameter may be employed and will depend on the size of the heating vessels, examples of suitable flame diameters are less than or equal to 50.8 cm (20 inches), preferably between 20.3 cm and 25.4 cm ( 8 and 10 inches).

O vaso e a estrutura da tampa são encaixados tal que a brecha fica formada entre o vaso e a estrutura de 20 tampa. 0 combustível e o oxidante são descarregados do conjunto queimador em condições de fornecer o diâmetro predeterminado de chama e transmitir uma velocidade de chama suficientemente grande para criar um fluxo de gás para fora do espaço confinado através da abertura e 25 controlar o ingresso de ar.The vessel and lid structure are fitted such that the gap is formed between the vessel and lid structure. The fuel and oxidant are discharged from the burner assembly under conditions of providing the predetermined flame diameter and transmitting a flame velocity sufficiently large to create a gas flow out of the confined space through the opening and to control air ingress.

Outro aspecto da presente divulgação inclui um método para aquecimento de vasos, os vasos com espaços fechados nele e controlar a entrada de ar para os espaços fechados através do intervalo. 0 método inclui o fornecimento de uma estrutura de tampa para o vaso possuindo um espaço confinado. A estrutura da tampa tem um conjunto queimador montado nele. 0 conjunto queimador inclui (a) um corpo alongado possuindo uma periferia, uma extremidade de descarga adjacente a uma zona de combustão, e um eixo, em que o eixo se prolonga ao interior da zona de combustão, (b) um ou mais bocais de oxidantes dispostos na extremidade de descarga do corpo alongado e adaptados para descarregar o oxidante na zona de combustão, e (c) um ou mais bocais de combustível disposto na extremidade de descarga do corpo alongado e adaptados para descarregar o combustível na zona de combustão. Os um ou mais bocais de oxidantes e um ou mais bocais de combustível são configurados para proporcionar uma relação de configuração do queimador e uma relação de velocidade do queimador de modo a criar o fluxo de gás para fora do espaço confinado através da abertura e controlar o ingresso de ar.Another aspect of the present disclosure includes a method for heating vessels, vessels with enclosed spaces therein and controlling air inlet to enclosed spaces through the gap. The method includes providing a lid structure for the vessel having a confined space. The lid frame has a burner assembly mounted on it. The burner assembly includes (a) an elongate body having a periphery, a discharge end adjacent to a combustion zone, and an axis, wherein the axis extends within the combustion zone, (b) one or more nozzles. oxidants arranged at the discharge end of the elongate body and adapted to discharge the oxidant into the combustion zone, and (c) one or more fuel nozzles arranged at the discharge end of the elongate body and adapted to discharge the fuel into the combustion zone. One or more oxidizer nozzles and one or more fuel nozzles are configured to provide a burner configuration ratio and a burner speed ratio to create gas flow out of the confined space through the opening and control the air intake.

Numa outra modalidade, o método inclui a configuração do conjunto queimador para fornecer uma determinada relação de configuração queimador de acordo com a seguinte equação:In another embodiment, the method includes configuring the burner assembly to provide a particular burner configuration ratio according to the following equation:

a = Agap/ (200 Abf) ;a = Agap / (200 Abf);

onde Agap é ã área dõ espaço ê e ã área ctã face Sto queimador, e a relação de velocidade do queimador é determinada de acordo com a seguinte equação:where Agap is the area of space and the area of this burner, and the speed ratio of the burner is determined according to the following equation:

b = 3 VbU0y /V jet / onde Vbuoy é determinado pela seguinte equação:b = 3 VbU0y / V jet / where Vbuoy is determined by the following equation:

Vbuoy = (2 g Dladie ΔΤ/Tfiame) 1/2Vbuoy = (2 g Dladie ΔΤ / Tfiame) 1/2

Onde g é a constante da gravidade, Diadie é o diâmetro de uma panela, ΔΤ é a diferença de temperatura entre a chama e a parede panela, e Tfiame é a temperatura da chama. A soma da relação de configuração do queimador, a, e a relação da velocidade do queimador, b, é inferior a 2,5.Where g is the gravity constant, Diadie is the diameter of a pan, ΔΤ is the temperature difference between the flame and the pan wall, and Tfiame is the temperature of the flame. The sum of the burner setting ratio, a, and the burner speed ratio, b, is less than 2.5.

Outro aspecto da presente divulgação inclui um equipamento para aquecimento de vasos possuindo um espaço confinado e controle do ingresso de ar ao interior do espaço confinado e uma estrutura de tampa possuindo um conjunto queimador ali montado, o vaso e a estrutura de tampa se encaixando no tal espaço que está formado entre o vaso e a estrutura de tampa, o conjunto queimador incluindo (a) um corpo alongado possuindo uma periferia, uma extremidade de descarga adjacente a uma zona de combustão, e um eixo, em que o eixo se prolonga ao interior da zona de combustão, (b) um ou mais bocais de oxidante dispostos na extremidade de descarga do corpo alongado e adaptados para descarregar o oxidante na zona de combustão, e (c) um ou mais bocais de combustível dispostos na extremidade de descarga do corpo alongado e adaptados para descarregar oAnother aspect of the present disclosure includes a vessel heating apparatus having a confined space and control of air ingress into the confined space and a lid structure having a burner assembly mounted therein, the vessel and lid structure engaging therewith. In the space that is formed between the vessel and the lid structure, the burner assembly including (a) an elongate body having a periphery, a discharge end adjacent a combustion zone, and an axis, wherein the axis extends inwardly. from the combustion zone, (b) one or more oxidizer nozzles disposed at the discharge end of the elongate body and adapted to discharge the oxidant into the combustion zone, and (c) one or more fuel nozzles disposed at the discharge end of the body elongated and adapted to discharge the

combustível na zona de combustão. 0 conjunto queimador é configurado para fazer a combustão do combustível e oxidante a partir do conjunto queimador em condições de fornecer um diâmetro predeterminado de chama e de transmitir uma velocidade de chama suficientemente grande 5 para criar um fluxo de gás para fora do espaço confinado através da abertura e controlar o ingresso de ar.fuel in the combustion zone. The burner assembly is configured to combust fuel and oxidant from the burner assembly under conditions of providing a predetermined flame diameter and transmitting a flame velocity sufficiently large to create a gas flow out of the confined space through opening and controlling air intake.

Outro aspecto da presente divulgação inclui um equipamento para aquecimento de vasos possuindo um espaço confinado e controle da entrada de ar para dentro do espaço confinado e uma estrutura de tampa possuindo um conjunto queimador ali montado, o vaso e a estrutura de tampa encaixando de tal modo que uma abertura fica formada entre o vaso e a estrutura de tampa, o conjunto queimador incluindo (a) um corpo alongado possuindo uma periferia, uma extremidade de descarga adjacente a uma zona de combustão, e um eixo, em que o eixo se prolonga ao interior da zona de combustão, (b) um ou mais bocais de oxidante dispostos na extremidade de descarga do corpo alongado e adaptados para descarregar o oxidante na zona de combustão, e (c) um ou mais bocais de combustível dispostos na extremidade de descarga do corpo alongado e adaptados para descarregar o combustível na zona de combustão. Os um ou mais bocais de oxidantes e o um ou mais bocais de combustível são configurados para proporcionar uma relação ~Z5 de configuração do queimador e uma relação da velocidade do queimador de modo a criar o fluxo de gás para fora do espaço confinado através da abertura e controlar o ingresso de ar.Another aspect of the present disclosure includes a vessel heating apparatus having a confined space and air inlet control within the confined space and a lid structure having a burner assembly mounted therein, the vessel and lid structure engaging in such a manner. wherein an opening is formed between the vessel and the lid structure, the burner assembly including (a) an elongate body having a periphery, a discharge end adjacent a combustion zone, and an axis, wherein the axis extends to the (b) one or more oxidizer nozzles disposed at the discharge end of the elongate body and adapted to discharge the oxidant into the combustion zone, and (c) one or more fuel nozzles disposed at the discharge end of the elongate body. elongated body and adapted to discharge the fuel into the combustion zone. One or more oxidizer nozzles and one or more fuel nozzles are configured to provide a ~ Z5 burner configuration ratio and a burner speed ratio to create gas flow out of the confined space through the aperture. and control air intake.

Em um aspecto da invenção, a entrada de ar é substancialmente impedida. Por substancialmente impedida, pretende-se significar que a quantidade ou volume de entrada de ar é menor do que cerca de 5% da quantidade total ou do volume do gás de combustão exaustado, e na maioria dos casos, inferior a cerca de 2% da quantidade total ou do volume do gás de combustão exaustado.In one aspect of the invention, air inlet is substantially impeded. By substantially hindered, it is meant that the amount or volume of air inlet is less than about 5% of the total amount or volume of exhaust flue gas, and in most cases less than about 2% of the total amount or volume of flue gas exhausted.

Numa outra modalidade, o equipamento inclui uma relação de configuração do queimador, que se determina de acordo com a seguinte equação:In another embodiment, the apparatus includes a burner configuration ratio, which is determined according to the following equation:

a = Agap/ (200 Abf) ; onde Agap é a área do espaço e Abf é a área da face do queimador, e a relação de velocidade do queimador é determinada de acordo com a seguinte equação:a = Agap / (200 Abf); where Agap is the area of space and Abf is the area of the burner face, and the burner speed ratio is determined according to the following equation:

b — 3Vbu0y/Vjet/b - 3Vbu0y / Vjet /

onde a soma da relação de configuração do queimador, a, e a relação da velocidade do queimador, b, é inferior a 2,5.where the sum of the burner configuration ratio, a, and the burner speed ratio, b, is less than 2.5.

Outras características e vantagens da presente invenção serão evidentes a partir da descrição detalhada da modalidade preferida apresentada adiante, tomada em conjunto com os desenhos anexos que ilustram, a título de exemplo, os princípios da invenção. Breve Descrição das Diversas Vistas dos DesenhosFurther features and advantages of the present invention will be apparent from the detailed description of the preferred embodiment set forth below, taken in conjunction with the accompanying drawings illustrating, by way of example, the principles of the invention. Brief Description of Various Drawing Views

A Figura 1 é uma vista em corte de um sistema de aquecimento de panela de acordo com uma modalidade da divulgação.Figure 1 is a cross-sectional view of a pan heating system according to one embodiment of the disclosure.

A Figura 2 é um corte axial de um conjuntoFigure 2 is an axial section of an assembly.

queimador de acordo com uma modalidade da divulgação.burner according to one embodiment of the disclosure.

A Figura 3 é uma vista frontal da modalidade da Figura 2 mostrando a extremidade de descarga do conjunto queimador.Figure 3 is a front view of the embodiment of Figure 2 showing the discharge end of the burner assembly.

A Figura 4 é uma vista frontal de um queimadorFigure 4 is a front view of a burner.

oxigênio-combustível do tipo tubo-em-tubo convencional.conventional tube-in-tube type oxygen fuel.

A Figura 5 é um gráfico da massa arrastada de ar vs tempo de pré-aquecimento para queimador de alta impulsão de acordo com uma modalidade da divulgação.Figure 5 is a graph of air entrained mass vs. preheat time for high thrust burner according to one embodiment of the disclosure.

A Figura 6 é um gráfico da massa arrastada de ar vsFigure 6 is a graph of the air dragged mass vs

tempo de pré-aquecimento para um queimador oxi-combustível convencional.preheating time for a conventional oxy-fuel burner.

A Figura 7 é um gráfico da temperatura da superfície interna da panela vs tempo de pré-aquecimento para um queimador oxi-combustível convencional e um queimador de acordo com uma modalidade da divulgação.Figure 7 is a graph of the pan's inner surface temperature vs. preheat time for a conventional oxy-fuel burner and a burner according to one embodiment of the disclosure.

A Figura 8 é um gráfico de bolha que mostra a dependência do arraste de ar sobre a relação de configuração do queimador "a" e a relação de velocidade do queimador "b".Figure 8 is a bubble graph showing the air drag dependence on burner configuration ratio "a" and burner speed ratio "b".

Ã Figura 9 e um gráfico cfe bolha que mostra ã~ dependência do tempo de aquecimento sobre a relação de configuração do queimador "a" e a relação de velocidade do queimador "b".Figure 9 is a bubble graph showing the dependence of the heating time on the burner configuration ratio "a" and the burner speed ratio "b".

Descrição Detalhada da Invenção É fornecido um método e sistema para aquecimento emDetailed Description of the Invention A method and system is provided for heating in

espaços fechados, tais como panela e aquecimento de forno, que reduz ou elimina a entrada de ar. Vantagens de modalidades da presente divulgação incluem aquecimento substancialmente uniforme e prolongado tempo de vida do 10 material refratário, um tempo de aquecimento reduzido e reduzida infiltração do ar ambiente para o interior da panela ou do forno, e redução de emissões de NOx. Além disso, nos métodos de aquecimento em espaços fechados, condições operacionais estendidas, incluindo operações de 15 aquecimento com brechas maiores podem ser utilizadas.Enclosed spaces, such as pan and oven heating, which reduce or eliminate air intake. Advantages of embodiments of the present disclosure include substantially uniform heating and extended shelf life of refractory material, reduced heating time and reduced ambient air infiltration into the pan or oven, and reduction of NOx emissions. In closed space heating methods, extended operating conditions including larger gap heating operations may be used.

As modalidades incluem método e esquema de aquecimento para o pré-aquecimento da panela ou dos fornos de fusão que apresentem problema de fuga de ar. Em modalidade, um amplo queimador oxi-combustível de alta 20 impulsão é instalado na tampa da panela ou nas paredes do forno para minimizar o ingresso de ar através da abertura da panela ou fuga no forno. O aquecimento uniforme formado pelo referido amplo queimador oxi-combustível no interior da panela ou do forno pode ajudar a reduzir o tempo para o 25 término do ciclo de aquecimento da panela, economizar o consumo de combustível, prolongar a vida útil do refratário da panela ou do forno, e reduzir a formação de NOx.Embodiments include heating method and scheme for preheating the pan or melting furnaces having air leakage problem. In embodiment, a large high-thrust oxy-fuel burner is installed in the pan lid or oven walls to minimize air ingress through the pan opening or oven leakage. Uniform heating formed by said large oxy-fuel burner inside the pan or oven can help reduce the time to the end of the pan heating cycle, save fuel consumption, extend the pan refractory life or and reduce the formation of NOx.

Os artigos indefinidos "o" e "um" como usados aqui significam um ou mais quando aplicados em qualquer característica nas modalidades da presente invenção 5 descritas nas especificações e reivindicações. 0 uso de "o" e "um" não limita o significado a uma única característica, a menos que tal limite seja especificamente estabelecido. 0 artigo definido "o" precedendo nome ou frases no singular ou plural denota uma característica especificada ou 10 características particulares especificadas e podem ter conotações no singular ou plural dependendo do contexto no qual seja empregado. 0 adjetivo "qualquer" significa um, algum, ou toda e qualquer quantidade qualquer que seja indiscriminadamente. 0 termo "e/ou" colocado entre uma 15 primeira entidade e uma segunda entidade significa um de (1) a primeira entidade, (2) a segunda entidade, e (3) a primeira entidade e a segunda entidade.The undefined articles "o" and "one" as used herein mean one or more when applied to any feature in the embodiments of the present invention described in the specifications and claims. The use of "o" and "one" does not limit meaning to a single feature unless such limit is specifically set. The definite article "o" preceding a singular or plural name or phrases denotes a specified characteristic or 10 specified particular characteristics and may have singular or plural connotations depending on the context in which it is employed. The adjective "any" means one, any, or any and all amounts whatsoever indiscriminately. The term "and / or" placed between a first entity and a second entity means one of (1) the first entity, (2) the second entity, and (3) the first entity and the second entity.

Na presente especificação, o termo "espaço confinado" se refere a um espaço ou área pelo menos 20 parcialmente rodeada por uma parede ou invólucro e é capaz de ter de gases ou produtos de combustão introduzidos nele. Espaços fechados, tal como aqui utilizado, não estão limitados a vasos selados e podem incluir espaços, brechas ou aberturas através das quais os gases podem entrar ou 25 sair. Os termos "conjunto queimador" e "queimador" são equivalentes ê dennem um equipameiiLu—de—p-cça3—montadas para a combustão de um combustível com o oxigênio fornecido em um gás contendo oxigênio. 0 termo "zona de combustão" é definido como um espaço confinado tal como um forno no qual ocorrem as reações de combustão, pelo menos, uma das quais 5 pode ser a reação de um combustível contendo carbono e/ou hidrogênio com oxigênio para formar óxidos de carbono e/ou água e calor. 0 termo "corpo axial" refere-se a uma estrutura alongada geometricamente definida por um eixo e uma dimensão definida na direção axial e uma outra dimensão 10 definida numa direção radial perpendicular ao eixo. A dimensão na direção radial pode ser constante em qualquer localização axial (por exemplo, formando um cilindro) ou pode variar com a localização axial e/ou localização angular em torno do eixo. O corpo axial é caracterizado por 15 pelo menos uma extremidade adjacente a uma zona de combustão.In the present specification, the term "confined space" refers to a space or area at least partially surrounded by a wall or enclosure and is capable of having combustion gases or products introduced therein. Enclosed spaces as used herein are not limited to sealed vessels and may include spaces, gaps or openings through which gases may enter or exit. The terms "burner set" and "burner" are equivalent to having no equipment fitted for combustion of a fuel with oxygen supplied to a gas containing oxygen. The term "combustion zone" is defined as a confined space such as an oven in which combustion reactions occur, at least one of which may be the reaction of a carbon and / or hydrogen-containing fuel with oxygen to form oxides. carbon and / or water and heat. The term "axial body" refers to an elongate structure geometrically defined by an axis and a dimension defined in the axial direction and another dimension 10 defined in a radial direction perpendicular to the axis. The dimension in the radial direction may be constant at any axial location (e.g. forming a cylinder) or may vary with the axial location and / or angular location around the axis. The axial body is characterized by at least one end adjacent to a combustion zone.

Um bocal é um dispositivo de injeção de fluido para a introdução de um fluido primário a um fluido secundário para promover a mistura eficaz dos dois fluidos. 0 bocal é 20 definido por uma abertura através da qual o fluido primário é descarregado ao fluido secundário. O bocal pode ser ligado a um corpo oco, tipicamente cilíndrico que está ligado a um tubo coletor, ou outro tipo de passagem para a entrega do fluido primário ao bocal. Alternativamente, o 25 bocal pode ser uma parte integrante de um coletor, em que a abertura que forma õ bocal está localizada diretamente êm uma parede exterior do coletor. Tipicamente, o fluido primário sofre uma queda de pressão ao passar através do bocal.A nozzle is a fluid injection device for introducing a primary fluid to a secondary fluid to promote effective mixing of the two fluids. The nozzle is defined by an opening through which the primary fluid is discharged to the secondary fluid. The nozzle may be attached to a hollow, typically cylindrical body that is connected to a manifold, or other type of passage for delivery of the primary fluid to the nozzle. Alternatively, the mouthpiece may be an integral part of a manifold, wherein the mouthpiece opening is located directly on an outer wall of the manifold. Typically, the primary fluid experiences a pressure drop as it passes through the nozzle.

Um oxidante, ou gás oxidante, é aqui definido como 5 um gás contendo oxigênio descarregado através de um bocal. 0 termo "enriquecido com oxigênio" descreve um gás contendo oxigênio possuindo uma concentração de oxigênio maior do que a do ar. 0 termo "oxi-combustível" refere-se à combustão de um combustível com um gás rico em oxigênio.An oxidant, or oxidizing gas, is defined herein as an oxygen-containing gas discharged through a nozzle. The term "oxygen enriched" describes an oxygen containing gas having a higher oxygen concentration than air. The term "oxy-fuel" refers to the combustion of a fuel with an oxygen rich gas.

Um combustível compreende um elemento ou compostoA fuel comprises an element or compound

que pode ser queimado com oxigênio para formar produtos de combustão. O termo "produtos de combustão" significa uma mistura gasosa que compreende qualquer do seguinte: óxidos de carbono, água, combustível não reagido, oxigênio não 15 reagido, óxidos de nitrogênio, óxidos de enxofre e componentes inertes do ar, incluindo nitrogênio e argônio. Tipicamente, o combustível é um gás ou líquido monofásico, mas alternativamente pode ser um fluido de multifase tal como uma mistura de duas fases de um hidrocarboneto líquido 20 e um gás combustível, uma suspensão de água e um hidrocarboneto líquido, uma suspensão de um combustível carbonáceo sólido em ar ou água, ou uma suspensão de um combustível carbonáceo sólido num hidrocarboneto líquido.which can be burned with oxygen to form combustion products. The term "combustion products" means a gas mixture comprising any of the following: carbon oxides, water, unreacted fuel, unreacted oxygen, nitrogen oxides, sulfur oxides, and inert air components, including nitrogen and argon. Typically, the fuel is a single phase gas or liquid, but alternatively may be a multiphase fluid such as a two-phase mixture of a liquid hydrocarbon 20 and a fuel gas, a water suspension and a liquid hydrocarbon, a fuel suspension solid carbonaceous in air or water, or a suspension of a solid carbonaceous fuel in a liquid hydrocarbon.

O termo "ingresso de ar", como aqui utilizado, é a infiltração de ar ambiente mais frio em um espaço confinado. Por exemplo, a entrada dê ãr inclui ã infiltração de ar para dentro do espaço confinado de uma panela de metal fundido durante o pré-aquecimento através de uma brecha ou outra abertura.The term "air ingress" as used herein is the infiltration of cooler ambient air into a confined space. For example, the inlet includes air infiltration into the confined space of a molten metal pan during preheating through a gap or other opening.

Com referência à Figura 1, um conjunto queimador 55, tal como um queimador oxi-combustível de alta impulsão é ordenado ou disposto nas proximidades do centro da estrutura de tampa 54 do vaso 52. O vaso 52 é de preferência uma panela ou vaso semelhante que é submetido a processos de aquecimento, onde o vaso inclui um espaço confinado 58. 0 vaso 52 inclui um revestimento refratário interno 50 e uma parede exterior de aço 51. A chama 62 proveniente do conjunto queimador 55 é dirigida para o interior do espaço confinado e transfere calor para o revestimento refratário interno 50 no interior do vaso 52. Embora a chama 62 seja mostrada como possuindo uma geometria, a geometria mostrada é meramente representativa e não está limitada ao tamanho ou à geometria apresentada. Os gases de combustão 63 são deixados descarregar pela brecha 57 da panela entre a tampa 54 do vaso 52 e o rebordo 53 do vaso 52.Referring to Figure 1, a burner assembly 55, such as a high thrust oxy-fuel burner is arranged or disposed near the center of lid structure 54 of vessel 52. Pot 52 is preferably a pan or similar pot which undergoes heating processes wherein the vessel includes a confined space 58. The vessel 52 includes an inner refractory lining 50 and an outer steel wall 51. The flame 62 from the burner assembly 55 is directed into the confined space and transfers heat to the inner refractory lining 50 within vessel 52. Although flame 62 is shown to have geometry, the geometry shown is merely representative and is not limited to the size or geometry shown. The combustion gases 63 are allowed to vent through the pan gap 57 between the lid 54 of the vessel 52 and the rim 53 of the vessel 52.

Embora a estrutura de tampa 54 seja configurada para encaixar o rebordo 53 do vaso 52, o contato entre eles nas típicas operações não é consistente e uma brecha 57 se forma entre eles. A brecha 57 é um espaço ou abertura capaz 25 de permitir a passagem do fluido ou do ingresso de ar. A brecha 57 pode sê formar ê pode Se S-ILerar em—geometria—edimensões durante o uso. A brecha 57 geralmente varia cirunferencialmente ao longo do rebordo 53 e é principalmente devido ao acúmulo de metal e/ou escória solidificados. A brecha 57 é medida como possuindo um 5 tamanho médio de abertura, que é uma medida do tamanho através da qual a entrada de ar e/ou escape do gás de combustão 63 pode ocorrer. 0 tamanho médio da abertura (Agap) pode ser medido pela área de abertura total entre a área confinada e o ar ambiente. A largura média da abertura 10 pode ser calculada dividindo-se a área de abertura com a periferia do rebordo 53 do vaso.Although the cap structure 54 is configured to engage the rim 53 of the vessel 52, the contact between them in typical operations is not consistent and a gap 57 forms between them. The gap 57 is a space or opening 25 capable of allowing fluid or air inlet to pass through. Loophole 57 can be formed and can be s-read in — geometry — and dimensions during use. The gap 57 generally varies circumferentially along the rim 53 and is mainly due to the accumulation of solidified metal and / or slag. The gap 57 is measured as having an average aperture size, which is a measure of the size through which air inlet and / or exhaust gas 63 can occur. The average aperture size (Agap) can be measured by the total aperture area between the confined area and ambient air. The average opening width 10 may be calculated by dividing the opening area with the periphery of the vessel rim 53.

A brecha 57 varia em tamanho entre uma brecha de pequena dimensão, em geral, indicando uma estrutura nova ou recém colocada em uso de tampa 54 e/ou vaso 52, uma brecha operacional de tamanho médio, e uma grande brecha onde a manutenção possa ser necessário. Quando um novo vaso ou vaso 52 recém recondicionado é colocado em serviço, a brecha 57 entre a estrutura de tampa 54 e o rebordo 53 é tipicamente pequena, em que a dimensão média da brecha é menor que cerca de 2,54 cm (1 polegada). Durante a operação do vaso, a brecha 57 se estende até uma brecha operacional, tipicamente um tamanho médio de brecha de cerca de 5,08 a 22,86 cm (2 a 9 polegadas) ou de ou 10,16 a 17,78 centímetros (4 a 7 polegadas) ou de 12,7 a 15,24 centímetros (5 a 6 polegadas). A brecha operacional decorre, por exemplo, cTõ metal e/ou escoria solidificado que se forma decorrente dos ciclos de vazamento. A brecha operacional 57 pode ser suficientemente grande para proporcionar uma abertura através da qual, na ausência de funcionamento do conjunto queimador 55, possa ocorrer 5 ingresso de ar. Brechas 57 possuindo um tamanho médio de brecha de mais de 22, 86 cm (9 polegadas) são brechas grandes e geralmente indicam uma necessidade de manutenção do vaso 52. De modo geral, quanto maior o tamanho da brecha 57, maior será o ingresso de ar e mais prolongado será o 10 tempo de aquecimento.Loop 57 ranges in size from a small loophole, generally indicating a new or newly placed structure in use of lid 54 and / or vessel 52, a medium sized operating loophole, and a large loophole where maintenance can be performed. required. When a newly refurbished vessel or vessel 52 is put into service, the gap 57 between the lid structure 54 and the rim 53 is typically small, where the average gap size is less than about 2.54 cm (1 inch). ). During vessel operation, the nozzle 57 extends to an operational nozzle, typically an average nozzle size of about 5.08 to 22.86 cm (2 to 9 inches) or 10.16 to 17.78 centimeters (4 to 7 inches) or 12.7 to 15.24 centimeters (5 to 6 inches). The operating gap results, for example, from metal and / or solidified slag that forms as a result of leakage cycles. Operational gap 57 may be large enough to provide an opening through which, in the absence of burner assembly 55 operation, 5 air inlet may occur. Gaps 57 having an average gap size of more than 22, 86 cm (9 inches) are large gaps and generally indicate a need for vessel 52 to maintain. Generally, the larger the size of the gap 57, the larger the ingress of air and longer will be the 10 warm up time.

Embora não assim limitado, a brecha 57 pode estar alinhada horizontalmente, como mostrado na Figura 1, durante a operação do conjunto queimador 55 de modo a fornecer aquecimento ao espaço confinado. O alinhamento da 15 brecha, como usado aqui, é definido como uma orientação paralela ou substancialmente paralela ao eixo 56 do vaso 52. A brecha 57 pode ser também alinhada verticalmente ou em qualquer outro ângulo. 0 conjunto queimador 55 é operado para fornecer combustível e oxidante, a uma velocidade e 20 diâmetro de chama de modo a proporcionar um momentum suficientemente grande de modo a criar um fluxo de gás para fora do espaço confinado 58 através da brecha 57 e controlar o ingresso de ar. Quando a brecha 57 está alinhada horizontalmente, este momentum é capaz de superar 25 as forças de flutuação que ocorrem na orientação vertical. O controle ctõ ingresso cfê ãr e tal que ã quantidade cfõ' ingresso de ar fica reduzida ou eliminada como comparado ao ingresso de ar com um queimador oxi-combustível convencional.Although not so limited, the nozzle 57 may be horizontally aligned, as shown in Figure 1, during operation of the burner assembly 55 to provide heat to the confined space. Alignment of the gap, as used herein, is defined as an orientation parallel or substantially parallel to the axis 56 of vessel 52. The gap 57 may also be aligned vertically or at any other angle. Burner assembly 55 is operated to provide fuel and oxidant at a flame speed and diameter to provide sufficiently large momentum to create a gas flow out of confined space 58 through nozzle 57 and to control ingress of air. When the gap 57 is horizontally aligned, this momentum is capable of overcoming the buoyancy forces occurring in the vertical orientation. Control of inlet is such that the amount of air inlet is reduced or eliminated as compared to air inlet with a conventional oxy-fuel burner.

Em modalidade da presente divulgação, o conjunto 5 queimador 55 é um queimador montado na estrutura de tampa 54. Modalidades da divulgação se relacionam com amplos conjuntos queimador oxi-combustível de alta impulsão 55, capazes de funcionar com vários gases contendo oxigênio possuindo concentrações de oxigênio que variam de 20,9% vol 10 (ar) até mais de 99,5% vol (oxigênio de alta pureza).As an embodiment of the present disclosure, burner assembly 55 is a lid frame mounted burner 54. Embodiments of the disclosure relate to large high-thrust oxy-fuel burner assemblies 55 capable of operating with various oxygen-containing gases having oxygen concentrations. ranging from 20.9% vol 10 (air) to over 99.5% vol (high purity oxygen).

Quando em operação, os conjuntos queimadores 55 aqui descritos produzem alta impulsão de combustão mediante utilizar um processo amplo ou de combustão distribuída para entregar aquecimento uniforme para a carga no forno ou na 15 zona de combustão. Combustão espaçosa ou distribuída, também descrita na técnica como combustão sem chama, ocorre quando o combustível e o oxidante são rapidamente diluídos antes de reagirem no forno. Os conjuntos queimadores 55 podem ser operados em diferentes modos de aquecimento para 20 satisfazer às diversas exigências de processo no forno.When in operation, the burner assemblies 55 described herein produce high combustion thrust by utilizing a large or distributed combustion process to deliver uniform heating to the load in the furnace or combustion zone. Spacious or distributed combustion, also described in the art as flameless combustion, occurs when the fuel and oxidant are rapidly diluted before reacting in the furnace. The burner assemblies 55 may be operated in different heating modes to meet various oven process requirements.

Em uma modalidade, a maior transferência térmica por radiação e a maior quantidade de calor disponível são fornecidos mediante utilizar concentrações de oxigênio a valores superiores a 99,5% vol no oxidante gasoso injetado 25 pelos bocais de oxidantes. Em outra modalidade, uma combinação ideal dl transferencia ctê calor ρυτ convecção e por radiação é fornecida através da operação dos queimadores em um modo ar enriquecido/combustível em que o oxidante gasoso injetado contém até 65% volume de oxigênio. Em um terceiro modo, o custo-benefício da operação é 5 fornecido quando a demanda térmica do processo é baixa pela utilização de combustão ar/combustivel em que todos os oxidantes gasosos e gases oxidantes são ar. A operação pode ser praticada entre esses três modos como o necessário de modo a proporcionar diferentes mecanismos de transferência 10 e exigências térmicas de processo.In one embodiment, the highest radiation heat transfer and the largest amount of heat available is provided by using oxygen concentrations of greater than 99.5% vol in the oxidant gas injected by the oxidizer nozzles. In another embodiment, an ideal combination of convection and radiation heat transfer is provided by operating the burners in an enriched air / fuel mode wherein the injected gaseous oxidant contains up to 65% oxygen volume. In a third mode, the cost-effectiveness of operation is provided when the thermal demand of the process is low by the use of air / fuel combustion where all gaseous oxidants and oxidizing gases are air. Operation can be practiced between these three modes as needed to provide different transfer mechanisms 10 and thermal process requirements.

O conjunto queimador oxi-combustivel 55 opera de tal forma que os reagentes são diluidos através do arraste dos produtos de combustão antes da ocorrência das reações de combustão e fornecem alta impulsão de chama comparado àquele de uma chama oxi-combustível convencional. Conjuntos queimadores 55, de acordo com certas modalidades, operam com múltiplos bocais de injeção combustível/oxigênio em altas velocidades de saída de fluxo para gerar o modo de combustão amplo. O conjunto queimador 55 é posicionado de tal modo que a chama é dirigida ao espaço confinado 58 numa localização que direciona a chama ao longo dos lados 59 do revestimento refratário 50 (ver, por exemplo, a Figura 1) . A circulação de fluxo estimulada pelo fluxo de alta impulsão fornece perfil de temperatura substancialmente uniforme dentro do espaço confinado 58, que é benéfico para -d—aquecimento uniforme dõ revestimento refratário ctõ vaso 52. O fluxo de alta impulsão permite a circulação que fica em conformidade com os lados 59 da panela estendendo-se para a brecha 57. A circulação fornece uma pressão positiva na área de brecha 60 e substancialmente evita a entrada de 5 ar. Por substancialmente evitar a entrada de ar, pretendese significar que a quantidade ou volume de entrada de ar é menor do que cerca de 5% da quantidade total ou do volume de gás de combustão exaustado e tipicamente menos do que cerca de 2% da quantidade total ou do volume de gás de 10 combustão exaustado. Embora não desejando estar limitado pela teoria, acredita-se que o conjunto queimador 55 de acordo com a presente divulgação reduz ou elimina a entrada de ar, proporcionando maior pressão dinâmica convertendo finalmente para alta pressão estática dentro do vaso. Além 15 disso, a distribuição uniforme da pressão radial formada pelos referido queimador amplo assegura um fluxo de gás para fora em torno da tampa da panela, permitindo a redução ou eliminação da entrada de ar, mesmo quando uma brecha não uniforme está presente.Oxy-fuel burner assembly 55 operates in such a way that reagents are diluted by dragging combustion products prior to the occurrence of combustion reactions and provide high flame thrust compared to that of a conventional oxy-fuel flame. Burner assemblies 55, according to certain embodiments, operate with multiple fuel / oxygen injection nozzles at high flow output speeds to generate broad combustion mode. The burner assembly 55 is positioned such that the flame is directed to the confined space 58 at a location that directs the flame along the sides 59 of the refractory lining 50 (see, for example, Figure 1). Flow circulation stimulated by the high thrust flow provides substantially uniform temperature profile within the confined space 58, which is beneficial for uniform heating of the refractory lining of vessel 52. The high thrust flow allows for conforming circulation. with the sides 59 of the pan extending into the nozzle 57. Circulation provides positive pressure in the nozzle area 60 and substantially prevents 5 air from entering. By substantially preventing air inlet, it is meant that the amount or volume of air inlet is less than about 5% of the total amount or volume of exhaust flue gas and typically less than about 2% of the total amount. or the volume of 10 combustion gas exhausted. While not wishing to be bound by theory, it is believed that the burner assembly 55 according to the present disclosure reduces or eliminates air intake, providing greater dynamic pressure ultimately converting to high static pressure within the vessel. In addition, the uniform distribution of radial pressure formed by said wide burner ensures a gas flow out around the pan lid, allowing air intake to be reduced or eliminated even when a non-uniform nozzle is present.

0 conjunto queimador resulta em menos ar ambiente0 burner set results in less ambient air

sendo arrastado para dentro do forno. Assim, o tempo de aquecimento pode ser ainda mais reduzido em comparação com o queimador oxi-combustível convencional. 0 tempo de aquecimento reduzido de uma panela até a temperatura 25 desejada pode ajudar os usuários das panelas a minimizar o número de panelas de fundição que eles tèm em funcionamento e pode ajudar os usuários a economizar o custo de capital e custos de operação. Além disso, o arranjo do queimador pode ser utilizado em fornos de fusão de metal, tais como fornos secundários de fusão de aluminio com problemas de fugas de ar. Nestas modalidades, um reduzido tempo de fusão é conseguido, o que reduz ou elimina a excessiva oxidação do alumínio fundido e melhorando o rendimento.being dragged into the oven. Thus, the heating time may be even shorter compared to the conventional oxy-fuel burner. The reduced heating time of a pan to the desired temperature can help pan users minimize the number of foundry pans they have in operation and can help users save capital cost and operating costs. In addition, the burner arrangement can be used in metal melting furnaces, such as secondary aluminum melting furnaces with air leakage problems. In these embodiments, a reduced melting time is achieved, which reduces or eliminates excessive oxidation of molten aluminum and improves yield.

O aquecimento uniforme do revestimento refratário também reduz gradientes térmicos ao longo do revestimento refratário em comparação com o processo convencional de aquecimento por chama, levando a menos choques térmicos ao revestimento refratário. Assim, o tempo de vida útil do refratário pode ser prolongado.Uniform heating of the refractory lining also reduces thermal gradients throughout the refractory lining compared to the conventional flame heating process, leading to fewer thermal shocks to the refractory lining. Thus, the useful life of the refractory may be extended.

Ao utilizar conjunto queimador 55 configurado para combustão espaçosa de alta impulsão de acordo com as modalidades da presente invenção, o consumo de combustível pode ser ainda mais reduzido em comparação com queimador oxi-combustível convencional. 0 uso de oxigênio ou de gás enriquecido de oxigênio em lugar de ar para a combustão aumenta a temperatura da chama e, assim, a transferência térmica por radiação para a carga, e assim aumenta grandemente a quantidade de calor disponível proveniente do processo de combustão mediante eliminar o desperdício do combustível pelo aquecimento do nitrogênio no ar.By using burner assembly 55 configured for high thrust spacious combustion according to embodiments of the present invention, fuel consumption may be further reduced compared to conventional oxy-fuel burner. The use of oxygen or oxygen enriched gas in place of air for combustion increases the flame temperature and thus the radiation heat transfer to the charge, and thus greatly increases the amount of heat available from the combustion process by means of combustion. eliminate fuel waste by heating nitrogen in the air.

Uma modalidade representativa de um conjunto queimador bb adequado para utilização na estrutura da tampa 54 é mostrada na Figura 2 e Figura 3. 0 conjunto queimadorA representative embodiment of a burner assembly bb suitable for use in the lid structure 54 is shown in Figure 2 and Figure 3. The burner assembly

55 inclui um corpo alongado 21 possuindo uma periferia, uma extremidade de descarga 25 adjacente a uma zona de combustão 20, e um eixo 56, em que o eixo 56 se estende ao55 includes an elongate body 21 having a periphery, a discharge end 25 adjacent a combustion zone 20, and an axis 56, wherein the axis 56 extends to the

5 interior da zona de combustão 20. O conjunto queimador 55 compreende um conduto central de gás oxidante 2 rodeado por tubo externo de oxidante gasoso 3. Um ou mais bocais de oxidantes 17 estão dispostos na extremidade de descarga 25 do corpo alongado 21 e estão adaptados para descarregar o 10 oxidante na zona de combustão 20. Um ou mais bocais de combustível 16 são dispostos na extremidade de descarga 25 do corpo alongado 21 e estão adaptados para descarregar o combustível na zona de combustão 20. 0 combustível e oxidante são injetados no vaso 52 a uma velocidade de 15 injeção (Vjet). A velocidade de injeção pode ser calculada dividindo a velocidade do fluxo volumétrico injetado pela área total da seção transversal do bocal. A alta velocidade de injeção pode ser conseguida através de projeto adequado dos bocais. A velocidade de injeção, Vjet, é configurada 20 para ser maior do que a velocidade de flutuação (VbUoy) · VbuoyI pode ser calculada pela seguinte equação:5 inside the combustion zone 20. The burner assembly 55 comprises a central oxidizing gas conduit 2 surrounded by an external oxidizing gas pipe 3. One or more oxidizing nozzles 17 are disposed at the discharge end 25 of the elongate body 21 and are adapted to discharge the oxidizer 10 into the combustion zone 20. One or more fuel nozzles 16 are disposed at the discharge end 25 of the elongate body 21 and are adapted to discharge the fuel into the combustion zone 20. The fuel and oxidant are injected into the vessel. 52 at a speed of 15 injection (Vjet). Injection speed can be calculated by dividing the velocity of the injected volumetric flow by the total nozzle cross-sectional area. High injection speed can be achieved through proper nozzle design. The injection speed, Vjet, is set 20 to be greater than the float speed (VbUoy). VbuoyI can be calculated by the following equation:

Vbuoy = (2 g Diadie ΔΤ/Tfiame)Vbuoy = (2 g Diadie ΔΤ / Tfiame)

onde g é a constante da gravidade, DiadIe é o diâmetro de uma panela, ΔΤ é a diferença de temperatura entre a chama e a parede panela, e Tfiame é a temperatura da chama. Os representativos conjuntos queimadores 55 ilustrados nas Figuras 2 e 3 utilizam geometrias em que os bocais de combustível 16 e bocais de oxidantes 17 estão localizados em um arranjo circunferencial em torno do eixo do queimador 56. Em outras modalidades, arranjos nãocirculares podem ser usados nos quais os bocais de combustível 16 estão localizados em várias distâncias radiais relativamente ao eixo do queimador e/ou em que o bocais de oxidante 17 estão localizados em várias distâncias radiais relativamente ao eixo do queimador 56. O contorno dos bocais de combustível 16 e bocais de oxidantes 17 definem uma área que a chama 62 vai ancorar e esta área pode ser definida como a face do queimador 64. A face do queimador 64 pode ser de forma quadrada, retangular, ou de outra forma não-circular, em que os bocais de combustível e/ou de oxidante são dispostos ao redor do eixo em orientações quadrada, retangular, ou qualquer outra orientação não-circular. De acordo com a presente invenção, o ingresso de ar pode ser reduzido ou eliminado mediante utilizar uma chama 62 com grande tamanho. Especificamente, pode-se controlar a penetração de ar, mantendo uma relação de configuração do queimador, "A", definido como o tamanho da brecha e tamanho de chama, a = Agap/ (200 Abf) , dentro de uma predeterminada faixa, preferivelmente com menos de 2,5. O ingresso de ar pode ser também reduzido ouwhere g is the gravity constant, DiadIe is the diameter of a pan, ΔΤ is the temperature difference between the flame and the pan wall, and Tfiame is the temperature of the flame. Representative burner assemblies 55 illustrated in Figures 2 and 3 utilize geometries wherein the fuel nozzles 16 and oxidizer nozzles 17 are located in a circumferential arrangement around the burner axis 56. In other embodiments, non-circular arrangements may be used in which fuel nozzles 16 are located at various radial distances with respect to the burner axis and / or wherein oxidant nozzles 17 are located at various radial distances with respect to the burner axis 56. The contour of fuel nozzles 16 and oxidizer nozzles 17 define an area that the flame 62 will anchor and this area may be defined as the face of the burner 64. The face of the burner 64 may be square, rectangular, or otherwise non-circular, wherein the fuel nozzles and / or oxidant are arranged around the axis in square, rectangular, or any other non-circular orientation. In accordance with the present invention, air intake can be reduced or eliminated by using a large flame 62. Specifically, air penetration can be controlled by maintaining a burner configuration ratio, "A", defined as gap size and flame size, a = Agap / (200 Abf), within a predetermined range, preferably under 2.5. Air intake may also be reduced or

eliminado mediante aumentar a velocidade da chama. Especificamente, pode-se controlar a penetração do ar através da manutenção de uma relação de operação do queimador, "b" definida como a relação da velocidade de flutuação e a velocidade de injeção, b = 3VbU0y/Vjetf dentro de uma predeterminada faixa, de preferência com menos de 2,5 b. Vbuoy, pode ser calculada pela seguinte equação:eliminated by increasing the flame speed. Specifically, air penetration can be controlled by maintaining a burner operating ratio, "b" defined as the ratio of float speed and injection speed, b = 3VbU0y / Vjetf within a predetermined range of preferably less than 2.5 b. Vbuoy, can be calculated by the following equation:

Vbuoy ~Vbuoy ~

(2 g Diadle ΔΤ/Tfiame)(2 g Diadle ΔΤ / Tfiame)

Em uma modalidade, o arraste de ar pode ser controlado a um nível desejado mediante manter a operação do conjunto queimador 55 de acordo com a seguinte equação:In one embodiment, air drag can be controlled to a desired level by maintaining operation of the burner assembly 55 according to the following equation:

a+b < 2,5a + b <2.5

Alternativamente,Alternatively,

a+b < 2a + b <2

Em outra modalidade, o tempo de aquecimento pode ser controlado a um nível desejado através mediante manter a operação do conjunto queimador 55 de acordo com a seguinte equação:In another embodiment, the heating time may be controlled to a desired level by maintaining the operation of the burner assembly 55 according to the following equation:

a + b <2,5a + b <2.5

Alternativamente,Alternatively,

a + b <2a + b <2

A presente invenção ainda ensina que o ingresso de ar pode ser mais eficientemente reduzido pela combinação dos parâmetros acima mencionados, a e b, dentro de uma faixa adequada. EXEMPLOSThe present invention further teaches that air intake can be more efficiently reduced by combining the above parameters, a and b, within a suitable range. EXAMPLES

O desempenho do queimador espaçoso oxi-combustível de alta impulsão (referido como queimador "b" na Figura 5 até Figura 7) e um tradicional queimador oxi-combustível do tipo tubo-em-tubo 45 como mostrado na Figura 4 (referido como queimador "A" na Figura 5 até Figura 7) foram analisados com respeito ao pré-aquecimento da panela. 0 queimador oxi-combustível do tipo tubo-em-tubo 45 inclui uma saída de combustível 47 e uma saída de oxidante 48. A análise inclui três tamanhos diferentes de panelas de fundição. A diferença entre a tampa da panela e do rebordo da panela varia na faixa de 2,54 cm (1 polegada) a 25,4 cm (10 polegadas) . A análise foi conseguida utilizando software computacional de dinâmica de fluidos (CFD) Fluent (ANSYS/Fluent, 2008) utilizando hipóteses comumente utilizadas na arte.The performance of the spacious high-thrust oxy-fuel burner (referred to as burner "b" in Figure 5 through Figure 7) and a traditional tube-to-tube oxy-fuel burner 45 as shown in Figure 4 (referred to as burner " A "in Figure 5 through Figure 7) were analyzed with respect to pan preheating. The tube-to-tube oxy-fuel burner 45 includes a fuel outlet 47 and an oxidizer outlet 48. The analysis includes three different sizes of melting pans. The difference between the pan lid and the pan rim varies in the range of 2.54 cm (1 inch) to 25.4 cm (10 inches). The analysis was performed using Fluent Computational Fluid Dynamics (CFD) software (ANSYS / Fluent, 2008) using hypotheses commonly used in the art.

Os resultados de CFD mostram que o ar ambiente é puxado na panela através da brecha quando da queima do queimador "A". Em geral, o arraste de ar é a mais grave no 20 início do processo de aquecimento, quando a panela está mais fria e a flutuação é mais forte. Como esperado, o arraste também aumenta o tamanho da brecha. Para o queimador convencional de oxigênio, o arraste de ar é insignificante durante todo o processo, quando o tamanho da 25 abertura é de 2,54 cm (1 polegada) . O arraste se torna substancial quando o tamanho da abertura aumenta a 5,08 cnr (2 polegadas), durando pelas primeiras 3 horas (Figura 5). 0 arraste se torna ainda maior e continua durante todo o processo para a abertura 15,24 cm (6 polegadas).CFD results show that ambient air is drawn into the pan through the gap when the burner "A" is burned. In general, air drag is the most severe at the beginning of the heating process, when the pan is colder and the fluctuation is strongest. As expected, dragging also increases the size of the loophole. For the conventional oxygen burner, air drag is negligible throughout the process when the opening size is 2.54 cm (1 inch). Dragging becomes substantial when the opening size increases to 5.08 cm (2 inches), lasting for the first 3 hours (Figure 5). The drag becomes even larger and continues throughout the process for the 15.24 cm (6 inch) aperture.

0 arraste de ar quando se utiliza queimador de alta 5 impulsão "B" de acordo com a presente divulgação é semelhante em tendências, em termos de tempo e espaço, mas a magnitude é reduzida significativamente. Comparando a Figura 5 com a Figura 6, pode ser visto que o arraste de ar é reduzido em pelo menos duas ordens de magnitude para 10 todos os tamanhos de brecha. Essa redução no arraste de ar reduz grandemente o tempo de aquecimento da panela.Air drag when using high-thrust burner "B" according to the present disclosure is similar in time and space trends, but the magnitude is significantly reduced. Comparing Figure 5 with Figure 6, it can be seen that air drag is reduced by at least two orders of magnitude to 10 all gap sizes. This reduction in air drag greatly reduces the pan's heating time.

0 tempo de aquecimento necessário para atingir a temperatura desejada do revestimento refratário é mostrado na Figura 7, que apresenta a variação da temperatura da superfície interna da tampa da panela versus tempo de aquecimento. A taxa de queima do queimador "B" ou do queimador "A" na Figura 7 é fixada em 6MMBtu/hr para comparação. A diferença média entre a tampa da panela e o rebordo da panela que se apresenta na Figura 7 é de 10,16 cm (4 polegadas) e de 15,24 cm (6 polegadas) . Usando o queimador de oxigênio-combustível convencional, o tempo necessário para aquecer a panela a 2000 K é 9 e 12,5 horas para um tamanho de brecha de 10,16 cm (4 polegadas) e de 15,24 cm (6 polegadas), respectivamente. Quando se utiliza esta invenção, o tempo de aquecimento necessário é de cerca de 8 horas para ambas ãs brechas dê 10, 16 cm (~3 polegadas) e de 15,24 cm (6 polegadas).The heating time required to reach the desired refractory lining temperature is shown in Figure 7, which shows the variation of the inside surface temperature of the pan lid versus the heating time. The burn rate of burner "B" or burner "A" in Figure 7 is set at 6MMBtu / hr for comparison. The average difference between the pan lid and the pan rim shown in Figure 7 is 10.16 cm (4 inches) and 15.24 cm (6 inches). Using the conventional oxygen-fuel burner, the time required to heat the pan to 2000 K is 9 and 12.5 hours for a nozzle size of 10.16 cm (4 inches) and 15.24 cm (6 inches). respectively. When using this invention, the required warm-up time is about 8 hours for both gaps of 10.16 cm (~ 3 inches) and 15.24 cm (6 inches).

A Figura 8 mostra o arraste de ar com diferentes combinações dos parâmetros operacionais "a" e "b". É claro que o arraste de ar pode ser reduzido ou eliminado, pela 5 redução de "a" ou "b". Neste exemplo, a velocidade do jato é de cerca de 30 m/s para o queimador de oxigêniocombustivel convencional e 100 m/s para o queimador de alta impulsão. A face do queimador é de cerca de 8,4 cm (3,3 polegadas) de diâmetro para o queimador convencional e de 10 10,7 cm (4,2 polegadas) para o queimador de alta impulsão.Figure 8 shows air drag with different combinations of operating parameters "a" and "b". Of course, air drag can be reduced or eliminated by reducing "a" or "b". In this example, the jet velocity is about 30 m / s for the conventional oxygen fuel burner and 100 m / s for the high thrust burner. The burner face is about 8.4 cm (3.3 inches) in diameter for the conventional burner and 10 10.7 cm (4.2 inches) for the high thrust burner.

A Figura 9 mostra o tempo total necessário para aquecer a panela a 1400K com diferentes combinações dos parâmetros operacionais a e b. Novamente, a velocidade do jato é de cerca de 30 m/s para o queimador de oxigênio15 combustível convencional e 100 m/s para o queimador de alta impulsão. A face do queimador é de cerca de 8,4 cm (3,3 polegadas) de diâmetro para o queimador convencional e de 10,7 cm (4,2 polegadas) para o queimador de alta impulsão.Figure 9 shows the total time required to heat the pan to 1400K with different combinations of operating parameters a and b. Again, the jet speed is about 30 m / s for the conventional fuel oxygen burner and 100 m / s for the high thrust burner. The burner face is about 8.4 cm (3.3 inches) in diameter for the conventional burner and 10.7 cm (4.2 inches) for the high thrust burner.

Embora a invenção tenha sido descrita com 20 referência a uma modalidade preferida, será entendido por aqueles usualmente versados na técnica que várias alterações podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos por seus elementos, sem se afastar do escopo da invenção. Além disso, muitas modificações podem ser 25 feitas para se adaptar uma situação ou material particular aos ensinamentos dã invenção sem sê afastar cfõ ampito essencial da mesma. Portanto, pretende-se que a invenção não seja limitada à modalidade particular divulgada como o melhor modo contemplado para a realização deste invento, mas que a invenção inclui todas as modalidades que caem dentro do âmbito das reivindicações anexas.Although the invention has been described with reference to a preferred embodiment, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes may be made and equivalents may be substituted for their elements without departing from the scope of the invention. In addition, many modifications may be made to adapt a particular situation or material to the teachings of the invention without departing from the essential spirit thereof. Therefore, it is intended that the invention is not limited to the particular embodiment disclosed as the best contemplated mode for carrying out this invention, but that the invention includes all embodiments falling within the scope of the appended claims.

Claims

- CLAIMS

1. METHOD FOR VASE HEATING, VESSELS WITH CONFINED SPACES, AND CONTROL OF AIR INTAKE WITH CONFINED SPACES The method comprises: providing a lid-to-vessel structure having the confined space, the structure a lid having a burner assembly mounted therein; configuring the burner assembly to provide a predetermined flame diameter; engaging the vessel and the lid structure such that the gap is formed between the vessel and the lid structure; and discharging and burning fuel and oxidant from the burner assembly under conditions providing the predetermined flame diameter and imparting flame velocity large enough to create a gas flow out of the confined space through the gap and to control air ingress.

Heating method according to Claim 1, characterized in that the burner assembly comprises (a) an elongate body having a periphery, a discharge end adjacent to a combustion zone, and an axis extending the axis. inside the combustion zone; (b) one or more oxidant nozzles disposed at the discharge end of the elongate body and adapted to discharge the oxidant into the combustion zone; and (c) one or more fuel nozzles disposed at the exhaust end of the elongate body and adapted to discharge fuel into the combustion zone; wherein one or more oxidizer nozzles and one or more fuel nozzles are configured to provide a burner configuration ratio and a burner speed ratio to create gas flow out of the confined space through the gap and control the air ticket.

Heating method according to claim 2, characterized in that it further comprises a burner configuration ratio as determined according to the following equation: a = Agap / (200 Abf); and the ratio of burner speed as determined according to the following equation: b = 3Vbuoy / Vjet; wherein the sum of the burner configuration ratio, a, and the burner speed ratio, b, is less than 2.5.

Heating method according to Claim 3, characterized in that the sum of the burner configuration ratio, ~, is the healthy burner speed ratio, b, is less than 2.

Heating method according to Claim 1, characterized in that it further comprises determining an average opening gap size.

Heating method according to claim 1, characterized in that it further comprises determining a buoyancy rate corresponding to a vessel configuration.

Heating method according to claim 1, characterized in that the flame velocity corresponds to the average gap size, the buoyancy velocity.

Heating method according to claim 1, characterized in that the vessel is a pan for pouring molten metal.

Heating method according to claim 1, characterized in that the vessel is a metal melting furnace.

Heating method according to claim 2, characterized in that it further comprises a flame stabilizer disposed within the periphery of the elongate body and adapted to burn the fuel with the oxidant, the oxidant being an oxygen containing gas having a composition in the range. from 20.9% vol to over 99.5% oxygen volume, the combustion products are discharged thereafter into the combustion zone.

Heating method according to claim 1, characterized in that the oxidizer contains more than 20.9% vol of oxygen.

Heating method according to claim 1, characterized in that the burner assembly is adjusted to operate at a thrust corresponding to the average opening gap size formed between the vessel and the lid structure.

Heating method according to claim 1, characterized in that air ingress is substantially impeded.

14. VASE HEATING EQUIPMENT WITH A CONFINED SPACE AND CONTROL OF AIR INTAKE WITHIN THE CONFINED SPACE, the equipment comprises: a lid structure having a burner assembly mounted therein, the vessel and lid structure fitting thereon. that a gap is formed between the vessel and the lid structure, the burner assembly comprising; (a) an elongate body having a periphery, a discharge end adjacent a combustion zone, and an axis, wherein the axis extends within the combustion zone; (b) one or more oxidant nozzles disposed at the discharge end of the elongate body and adapted to discharge the oxidant into the combustion zone; and (c) one or more fuel nozzles disposed at the exhaust end of the elongate body and adapted to discharge fuel into the combustion zone; wherein the burner assembly is configured to combust fuel and oxidant from the burner assembly under conditions of providing a predetermined flame diameter and imparting a flame velocity sufficiently large to create a gas flow out of the confined space through the aperture. and control air intake.

Equipment according to claim 14, characterized in that one or more oxidizer nozzles and one or more fuel nozzles are configured to provide a burner configuration ratio and a burner speed ratio to create the flow rate. gas out of the confined space through the opening and controlling the air intake.

Equipment according to claim 15, further comprising a burner configuration ratio as determined according to the following equation: a = Agap / (200 Abf); and the ratio of burner speed as determined according to the following equation: b = 3Vbuoy / Vjet; wherein the sum of the burner configuration ratio, a, and the burner speed ratio, b, is less than 2.5.

Equipment according to claim 16, characterized in that the sum of the burner configuration ratio, a, and the burner speed ratio, b, is less than 2.

Equipment according to Claim 14, characterized in that the vessel is a pan for pouring molten metal.

Equipment according to claim 14, characterized in that the vessel is a metal melting furnace.

Equipment according to claim 15, characterized in that it further comprises a flame stabilizer disposed within the periphery of the elongate body and adapted to burn the fuel with the oxidant, the oxidant being an oxygen containing gas having a composition in the range of 20 ° C. 9% vol to over 99.5% oxygen volume and discharge combustion products from there into the combustion zone.

Equipment according to claim 14, characterized in that air ingress is substantially impeded.